最新工程材料及熱處理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

1、 5/5最新工程材料及熱處理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書工程材料及熱處理 實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書 機(jī)械與能源工程系 1 實(shí)驗(yàn)6 鐵碳合金平衡狀態(tài)的顯微組織分析 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1、認(rèn)識(shí)鐵碳合金平衡組織的特征，初步識(shí)別各種鐵碳合金在平衡狀態(tài)下的顯微組織。 2、分析和認(rèn)識(shí)碳鋼的含碳量與其平衡組織的關(guān)系。 3、進(jìn)一步認(rèn)識(shí)對(duì)平衡狀態(tài)下碳鋼的成分、組織、性能間的關(guān)系。 二、實(shí)驗(yàn)原理 碳鋼和鑄鐵是工業(yè)上最重要、最根本、應(yīng)用最廣的金屬材料，通常把鋼和鑄鐵統(tǒng)稱為鐵碳合金，他們的性能與組織有著密切的關(guān)系，因此熟悉并掌握它們的組織，對(duì)于合理使用鋼鐵材料具有十分重要的實(shí)際指導(dǎo)意義，也是對(duì)鋼鐵材料使用者最根本的要求。 1、碳鋼和白口鑄鐵的平衡組織

2、平衡組織一般是指合金在極為緩慢冷卻的條件下如退火狀態(tài)所得到的組織。鐵碳合金在平衡狀態(tài)下的顯微組織可以根據(jù)Fe-Fe3C相圖來分析。由相圖可知，所有碳鋼和白口鑄鐵在室溫時(shí)的顯微組織均由鐵素體F和滲碳體Fe3C組成。但是，由于碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的不同、結(jié)晶條件的差異，鐵素體和滲碳體的相對(duì)數(shù)量、形態(tài)、分布的混合情況均不一樣，因而呈現(xiàn)各種不同特征的組織組成物。 2、各種相組分或組織組分的特征 碳鋼和白口鑄鐵的金相試樣經(jīng)浸蝕后，其平衡組織中各種相組分或組織組分的形態(tài)特征和性能如下所述。 鐵素體：鐵素體是碳溶于-Fe中形成的間隙固溶體。經(jīng)3%5%的硝酸酒精溶液浸蝕后，在顯微鏡下為白亮色多邊形晶粒。在亞共析鋼中，鐵

3、素體呈塊狀分布；當(dāng)含碳量接近于共析成分時(shí)，鐵素體那么呈斷續(xù)的網(wǎng)狀分布于珠光體周圍。鐵素體具有良好的塑性及磁性，硬度較低，一般為80HBS120HBS。 滲碳體：抗浸蝕能力較強(qiáng)，經(jīng)3%5%酒精溶液浸蝕后，在顯微鏡下觀察同樣呈白亮色。一次滲碳體呈長(zhǎng)白條狀分布在萊氏體之間；二次滲碳體呈網(wǎng)狀分布于珠光體的邊界上；三次滲碳體分布在鐵素體晶界處；珠光體中的滲碳體一般呈片狀。另外，經(jīng)不同的熱處理后，滲碳體可以呈片狀、粒狀或斷續(xù)網(wǎng)狀。滲碳體的硬度很高，可達(dá)800HV以上，但其強(qiáng)度、塑性都很差，是一種硬而脆的相。 珠光體：是由鐵素體片和滲碳體片相互交替排列形成的層片狀組織。經(jīng)3%5%酒精溶液浸蝕后，在顯微鏡下觀

4、察其組織中的鐵素體和滲碳體都呈白亮色，而鐵素體和滲碳體的相界被浸蝕后呈黑色線條。實(shí)際上，珠光體在不同放大倍數(shù)的顯微鏡下觀察時(shí)，具有不大一樣的特征。在高倍(600以上)下觀察時(shí)，珠光體中平行相間的寬條鐵素體和細(xì)條滲碳體都呈亮白色，而其邊界呈黑色；在中倍(400左右)下觀察時(shí)，白亮色的滲碳體被黑色邊界所“吞食，而成為細(xì)黑條，這時(shí)看到珠光體是寬白條鐵素體和細(xì)黑條滲碳體的相間混合物；在低倍(200以下)下觀察時(shí)，連寬 2 白條的鐵素體和細(xì)黑條的滲碳體也很難分辨，這時(shí)珠光體為黑色塊狀組織。由此可見，在其他條件相同情況下，當(dāng)放大倍數(shù)不同時(shí)，同一組織所呈現(xiàn)的特征會(huì)不一樣，所以在顯微鏡下鑒別金相組織首先要注意

5、放大倍數(shù)。珠光體硬度為190230HBS，且隨層間距的變小硬度升高。強(qiáng)度較好，塑性和韌性一般。 萊氏體：在室溫下是珠光體和滲碳體的機(jī)械混合物。滲碳體中包括共晶滲碳體和二次滲碳體，兩種滲碳體相聯(lián)在一起，沒有邊界線，無法分辨開來。經(jīng)3%5%酒精溶液侵蝕后，其組織特征是在白亮色滲碳體基體上分布著許多黑色點(diǎn)塊狀或條狀珠光體。萊氏體硬度為700HV，性脆。它一般存在于含碳量大于2.11%的白口鑄鐵中，在某些高碳合金鋼的鑄造組織中也常出現(xiàn)。 三、實(shí)驗(yàn)儀器和用具 1、光學(xué)金相顯微鏡 2、各種鐵碳合金的平衡組織標(biāo)準(zhǔn)金相試樣 四、實(shí)驗(yàn)方法與步驟 1、在顯微鏡下仔細(xì)觀察識(shí)別下表中所列試樣組織，研究每個(gè)樣品的組織特

6、征，并結(jié)合鐵碳相圖分析其組織形成過程。 表5-1 鋼鐵平衡組織試樣 材料 亞共析鋼 共析鋼 過共析鋼 亞共晶白口鑄鐵 共晶白口鑄鐵 過共晶白口鑄鐵 碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)w(C)/% 0.02180.77 0.77 0.772.11 2.114.3 4.3 4.36.69 處理方法 退火 退火 退火 鑄態(tài) 鑄態(tài) 鑄態(tài) 組織 鐵素體+珠光體 片狀珠光體 珠光體+滲碳體 珠光體+萊氏體+滲碳體 萊氏體 滲碳體+ 萊氏體 2、繪出所觀察樣品的顯微組織示意圖繪在規(guī)定的圓圈內(nèi)，并用箭頭和代表符號(hào)標(biāo)明各組織組成物。注意要點(diǎn)是，繪圖時(shí)要抓住各種組織組成物形態(tài)的特征，用示意的方法去畫。繪制組織示意圖一律用鉛筆，繪制組織圖

7、必須在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)完成。 3、實(shí)驗(yàn)結(jié)束后將顯微鏡照明燈關(guān)閉，交回試樣，清整實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地。 五 、實(shí)驗(yàn)分析及結(jié)論 1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?2、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。 3、畫出所觀察組織示意圖，示意圖按統(tǒng)一規(guī)格畫，并標(biāo)明各組織。 材料名稱 金相組織 3 圖5-1金相顯微組織記錄格式 處理方法 放大倍數(shù) 浸 蝕 劑 4、根據(jù)所觀察的組織，說明碳含量對(duì)鐵碳合金的組織和性能影響的大致規(guī)律。 六、考前須知 1、在觀察顯微組織時(shí)，可先用低倍全面地進(jìn)行觀察，找出典型組織，然后再用高倍放大，對(duì)局部區(qū)域進(jìn)行詳細(xì)觀察。 2、在移動(dòng)金相試樣時(shí)，不得用手指觸摸試樣外表或?qū)⒃嚇油獗碓谳d物臺(tái)上滑動(dòng)，以免引起顯微組織模糊不清，影響觀察效果。 3、畫組織

8、示意圖時(shí)，應(yīng)抓住組織形態(tài)的特點(diǎn)，畫出典型區(qū)域的組織。注意不要將磨痕或雜質(zhì)畫在圖上。 七、思考題 1、滲碳體有哪幾種？它們的形態(tài)有什么差異？ 2、珠光體組織在低倍觀察和高倍觀察時(shí)有何不同？ 3、怎樣區(qū)別鐵素體和滲碳體組織？ 4 實(shí)驗(yàn)7 金屬材料的硬度試驗(yàn) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1、了解布氏、洛氏和維氏硬度試驗(yàn)機(jī)的使用方法和試驗(yàn)原理。 2、初步掌握布氏、洛氏硬度的測(cè)定方法和應(yīng)用范圍。 二、實(shí)驗(yàn)原理 硬度是指金屬材料抵抗比它硬的物體壓入其外表的能力。硬度越高，說明金屬抵抗塑性變形的能力越大。它是重要的力學(xué)性能指標(biāo)之一，它與強(qiáng)度、塑性指標(biāo)之間有著內(nèi)在的聯(lián)系。硬度試驗(yàn)簡(jiǎn)單易行，又不會(huì)損壞零件，因此在生產(chǎn)和科研中

9、應(yīng)用廣泛。 常用的硬度試驗(yàn)方法有： 布氏硬度試驗(yàn)主要用于黑色、有色金屬原材料檢驗(yàn)，也可用于退火、正火鋼鐵零件的硬度測(cè)定。所用設(shè)備為布氏硬度計(jì)。 洛氏硬度試驗(yàn)主要用于金屬材料熱處理后的產(chǎn)品性能檢測(cè)。所用設(shè)備為洛氏硬度計(jì)。 維氏硬度試驗(yàn)主要用于薄板材或金屬表層的硬度測(cè)定，以及較精確的硬度測(cè)定。所用設(shè)備為維氏硬度計(jì)。 顯微硬度試驗(yàn)主要用于測(cè)定金屬材料的組織組成物或相的硬度。所用設(shè)備為顯微硬度計(jì)。 1、布氏硬度試驗(yàn)原理 布氏硬度試驗(yàn)是將一直徑為D的淬火鋼球或硬質(zhì)合金球，在規(guī)定的試驗(yàn)力P作用下壓入被測(cè)金屬外表，保持一定時(shí)間t后卸除試驗(yàn)力，并測(cè)量出試樣外表的壓痕直徑d，根據(jù)所選擇的試驗(yàn)力P、球體直徑D及所測(cè)得的壓痕直徑d的數(shù)值，求出被測(cè)金屬的布氏硬度值HBS或HBW，布氏硬度的測(cè)試原理如圖6-1所示。布氏硬度值的大小就是壓痕單位面積上所承受的壓力。單位為kg/mm2或N/mm2，但一般不標(biāo)出。硬度值越高，表示材料越硬。在實(shí)驗(yàn)測(cè)量時(shí)，可由測(cè)出的壓痕直徑d直接查壓痕直徑與布氏硬度對(duì)照表而得到所測(cè)的布氏硬度值。 設(shè)壓痕深度為h那么壓痕球面積為 F?Dh